PENGUJIAN SUDUT KONTAK PADA BAIIAN ISOLASI RESIN EPOKSI DENGAN PENGISI PASIR PANTAI YANG MENGANDUNG BANYAK KALSIUM

Media Elektrika, Vol. 5 No. 1, Juni 20L2 lssN 1979-7451

PENGUJIAN

SUDUT

KONTAK

PADA

BAIIAN

ISOLASI

RESIN EPOKSI DENGAN

PENGISI

PASIR

PANTAI

YANG

MENGANDUNG

BANYAK

KALSIUM

M. Toni Prasefyol, Ilamzah Berahim2, T. Ilaryono3

'Jurusan Teknik Elektro FT Universitas Muhammadiyah Semarang Jl. Kasipah No.12 Semarang INDONESLA.

'''Jurusun Teknik Elekrro FT UGM Jln. Grafika 2 Ycgyakarta 55281 INDONESIA

Abstract

Formation tracking power (electrical tracking) on the surface of an insulating material due to

flashover continuously, especially when there are contaminants flotving on the surface of the insulating material. Due to electrical traeking the insulation material sudace to be broken and easier _flow

of

electric current. Insulating material must hqve good electrical characteristics leakage current is very

small, the criticalflashover voltage is very large and the surface is hydrophobic materials

The material used in this study is an epoxl, resin insulating silicone rubber polymer with a

_filler

Kukup beach sand containing

a

lot of caicium carbonate with stoichiomelric values (the ratio

of

materials and hardener or curing agent) is equal to

l,

with values increasing _{sizefiller (filler) ,} 120x50 mm sample size. The study was conducted in the laborutory according to standard IEC 587: 1984. In this study, the effect of the variation of the

_filling

of the contact angle and its influence on surface

degradation caused by charging, were analyzed.

The result showed that the epoxy resin used in this study whice are categorized partly wet

(partially wetted) and approached hydrophobic. The more concentration of silicone rubber and sand as

_filler

(filler.)

will

inueqse the hydrophobic nature of the contact angle shown is growing.

_lf

the

sudace is hydrophobic, then the time requiredfor the _first discharge qnd breakdown on the sudace

of

the old material.

Keywords: epoxy resins, _fillers, contoct angle, hydrophobicity

1. PEI{DAHT]LUAN

Material polimer

yafig telah

banyak digunakan pada saluran distribusi dan transmisi

untuk

sifat

dielektrik yang

baik,

ringan dan

ringkas, dibanding insulator porselin dan gelas. Bagaimanapun

juga,

insulator

polimer

luar

menunjukkan

degradasi/kerusakan

dalam

kaitannya dengan tekanan

iklim

seperti sinar

Pengujian Sudut Kontak...

ultra

violet

cahaya matahari,

kelembaban, temperature, dan kontaminan yang lain sehingga

menyebabkan

discharge

pennukaan,

penjejakan, dan erosi, dan kerusakan mungkin menurunkan performanya. Penurunan adalah

nyata akibat perubahan penempatan kimia dan

fisik

pada permukaan

polimer

(Berahim dkk,

2003).

l"

Resin epoksi adalah material insulasi yang penting. Merupakan polimer thermoplastic yang menggunakan

dua

komponen

yang

dicampur

dengan cepat

dari

suatu

produk

gelas pada temperature ruangan.

Dibanding

dengan

polisteq resin

epoksi secara umum rnempunyai

sifat

mekanik yang

lebih

baik

dan, menggunakan pengeras yang

sesuai, lebih baik penahanan terhadap panas dan

tahan terhadap kimia, dalam keadaan tertenfu, resistan terhadap

alkali. Sifat

elektrikal

resin epoksi mempunyai konstanta

dietektrik

antara 3,4-5,7, dan kekuatan dielektrik antara 100-220

kV/cm. Faktor dayaarfiara 0,008-0,04 (Brydson

dkk, 1982).

Ketika

insulator

dibuat

dari

bahan resin

epoksi digunakan

di

luar

ruangan, kehadiran kontamnian pada permukaan insulator menjadi permasalahan yang serius.

Material

yang lain mempunyai performa kontaminan yang berbeda.

Secara

umum

insulator

non

keramik performanya lebih baik dari keramik saat masih

baru. Bagaimanapun, dalam kaitannya dengan

perubahan penuaan polimer,

ini

relatip berbeda yang dapat berubah dengan waktu pada suafu

harga yang tergantung pada lingkungan (Gorur, 1999). Resin epoksi material yang hidrophilik,

oleh kare:.,

itu,

dalam keadaan tertentu pada daerah

tropic,

kelembaban

dan

curah

hujan berperan

dalam

percepatan proses degradasi permukaan

insulator

(Berahim

dkk,

2005).

Lapisan

kontaminan

akan

dibentuk

di

permukaan insulator

dan

akan melebar pada

permukaan.

Arus

bocor akan

bertambah,

khususnya

ketika

permukaan insulator basah

yang

disebabkan

oleh

kabut, embun

atau gerimis.

Arus

bocor akan mengaktipkan suafu

proses

konduksi

panas

yang terjadi

pada

permukaan

insulator

dan

kemudian

terjadi flashover atau terjadi breakdown insulator

Tingkat

kontaminan akan dibentuk dalam

permukaan insulator dan akan menyebar pada

permukaan.

Kebocoran

arus akan

menaik, khususnya _{ketika permukaan insulator menjadi}

basah

yang

disebabkan

oleh

embun,

atau gerimis. Kebocoran arus akan memulai suatu

proses

konduksi

panas

yang

terjadi

pada permukaan suafu insulator dan akhirnya terjadi

flashover

atau

insulasi

akan

breakdown

@erahim

dkh

2005).

Penelitian

ini

dilakukan

di

laboratorium dengan mengacu pada standar

IEC

587:1984

yaitu

metode

Inclined Plane

Tracking (IPT).

Data-data

penelitian

yang

diperoleh

adalah sudut

kontak

hidropobik,

yang

menyediakan

informasi

yang

berguna

untuk

diagnosis dan

menggambarkan keadaan material isolasi. 2. DASAR

TEORI

A.

Re,sin Epol<si

Material

isolator

yang

banyak digunakan pada sistem tenaga

listrik

di

Indonesia sampai

Media Elektrika, Vol. 5 No. 1,Juni 2012

saat

ini

adalah isolator berbahan porselin dan

gelas.

Kelebihan isolator

jenis

ini

adalah harganya

yang cukup murah

dibandingkan dengan isolator polimer. Namun, isolator jenis

ini

memiliki kelemahan dari segi mekanis yaitu

berat dan permukaanny a y ang bersifat menyerap

ak

(hyg'oscopic) sehingga lebih mudah terjadi arus bccor pada permukaan yang akhirnya dapat

menyebabkanflashover.

Untuk mengatasi hal tersebu! maka sebagai

alternatif digunakan isolator polimer. Salah satu

contoh dari isolator polimer adalah resin epoksi.

Kelebihan yang

dimiliki

oleh isolator polimer dengan jenis resin epoksi ini di antaranya adalah rapat massa

0,9

_-

2,5

gramlcm3

yang

lebih rendah dibandingkan dengan isolator porselin yang rapat massanya 2,3

_-

3,9

gram/cm3 dan

isolator gelas denga n rapat massa 2,5 gram/ cm3,

serta

proses

pembuatannya

yang

tidak memerlukan energi yang

terlalu

besar hanya membutuhkan suhu antara zA"C

_-

30"C. Juga

sifat

dielektrik bahan isolasi resin

epoksi

memiliki

konstanta

dielektrik

2,3

_-

5,5

dan

faktor disipasi (0,1

_-

5,0)

x

10-3 akan lebih baik dibandingkan dengan isolator porselin dengan konstanta dielektrik 5,0

_-

7,5 dan faktor disipasi

(2H0) x

10-3

sedangkan

isolator

gelas

memiliki

konstanta

dielektrik

7,3

dan faktor

disipasi

(15-50)

x

l0-3.

Massa bahan isolasi

polimer

resin

epoksi

yang lebih

ringan

Pengujian Sudut Kontak...

tssN 1979-7451

dibanding

porselin

dan

gelas

memberikan

peluang

baru

pada desain menara

saluran

transmisi tegangan tinggi dan ekstra tinggi yang

lebih

kompak. Bahan

isolasi polimer

resin

epoksi

yang ringan

dapat

pula

dipergunakan

sebagai pemisah fase guna mengwangi a) inan

mekanik konduktor

saluran

transmisi.

Sifat perekat

resin

epoksi

yang

sempurna, mudah

dibentuk" kekuatan rnekanis

yang bailg

daya

tahan

kimia

yang kuat merupakan keuntungan

yang paling penting dari resin padat.

B.

Karet Silikon

Silicone

rubber/silane

memiliki

sifat

hidrofobik

yang tinggi,

bahkan

mampu

memulihkan

dan

memindahkan

sifat

hidrofobiknya sehingga pada

kondisi

lembab

tidak

terbentuk lapisan

air

yang

kontinlu

sehingga kondukti.ritas permukaan isolator tetap rendah, dengan demikian

ar,:s

bocor

sangat

kecil.

Selain

itu

memiliki

sifat dielektrik yang

bailq

sangat

ringan, tahan gemp4

mudah

penanganan dan pemasangannya.

Semakin banyak konsentrasi

karet

silikon

pada bahan akan meningkatkan sifat hidrofobik dengan ditunjukkan sudut kontak yang semakin membesar. Jika permukaan bersifat hidropobik,

makl

waktu yang diperlukan untuk terjadinya

discharge pertama

dan

breakdown

pada permukaan bahan _{semakin lama [8].}

C.

Pasir Pantai

Pasir pantai

_{yang dipakai}

_{sebagai pengisi}

digunakan

_{pasir pantai Kukup}

dengan

kandungan terbesar knlsium karbonat (CaCO3)

mencapai 55.98%. Data ini didapatkan dari hasil

analisis

major

element sampel

pasir

pantai Kukup pada _{Laboratorium kimia analitik.}

Tabel

l.

Hasil Analisis Major Element pasir

Pantai

D.

Sudut Kontak Bahan Isolasi Resin epoksi Pengukuran sudut kontak pada suatu bahan

isolasi

dilakukan

untuk

mengetahui

sifat

permukaan bahan,

hidofobik

atau

hidrofilik. Sifat hidrofobik merupakan suatu karakleristik bahan isolasi, dalam keadaan terpolusi, bahan

masih mampu bersifat menolak

air

yang jatuh

ke

permukaannya.

_Sifat

_hidrofobik

_paling

berguna

untuk

isolasi

outdoor karena dalam

keadaan basah atau lembab tidak akan terbentuk

lapisan

air

yang

kontinu

antara ujung-ujung

I

s8

isolator,

sehingga permukaan

_isolator

_tetap

memiliki

_{konduktivitas yang rendah, akibatnya}

arus bocor sangat kecil.

Sudut kontak merupakan sudut yang dibentuk

antara permukaan bahan

uji

dengan air destilasi

yang

diteteskan

ke

permukaan

bahan

uji. Pengukuran

ini

menggunakan tetesan

air

50 pi

yang diteteskan pada permukaan bahan isolator.

Profil

setetes

air

pada permukaan ba,han

uji

diproyeksikan

pada

layar dan

sudut

kontak

(180"

_-

360').

Hubungan

antara tegangan

permukaan bahan padat, udara dan

air

dapat

dilihat pada gambar 1

Gambar 1. Ilustrasi tegangan antarmuka dan

sudut kontak

Para peneliti

telah

mengklarifikasi

_{sudut kontak dalam}

_tiga

kelompok yaitu sudut lebih kecil dari 30 bersifat basah

(hidrofilik),

antara 30-89 sebagai basah sebagian _Qtartially wetted), dan lebih

dari

90 disebut _{hidrofobik yang menolak air.}

Media Elektrika, Vol. 5 No. 7, Juni 2012

Nilai

sudut kontak tergantung pada beberapa

faktor

yakni

strukhrr

kimia,

kehalusan

permukaan,

pori-pori yang

terisi

cairan, dan keberadaan zat asing pada permukaan(Berahim

dkh

2003).

3.

CARA

PEI\ELITIAN

Metode pengukuran yang digunakan dalam

penelitian

ini

mengacu pada standar

IEC

60-587:

1984. Masing-masing bagian dijelaskan sebagai berikut :

A.

BahanUji

Bahan

uji

yang

digunakan

adalah

resin epoksi dengan bahan pengisi silikon rubber dan

pasir pantai. Pasir pantai yang dipakai sebagai

pengisi digunakan pasir pantai Kukup dengan

kandungan terbesar knlsium karbonat (CaCO3) mencapai 55.98o/o.

-

_IIIEM'

Gambar 2. Ukuran Sampel

Uji

Bahan Resin Epoksi

tssN 1979-7451

Isolator polimer, material

resin

epoksi

dengan perbandingan MPDA : DGEBA : Silane : Pasir Pantai dalam persentase tertentu

Tabel

1. Komposisi Campuran Resin Epoksi,

Silane, Dan Bahan Pengisi

Dimensi sampel

uji

yaitu panjang minimal 120 mm dan lebar minimal50 mm dengan ketebalan

6

mm.

Sampei

yang

telah

dipotong

sesuai ukuran tersebut.

B.

Penguhnan Sudut Kontak

Pengukuran sudut kontak dilakukan dengan

menggunakan kamera

digital untuk

memotret

sudut kontak pada

permukaan

bahan

uji.

Pengujian sudut kontak

ini

dimaksudkan untuk menentukan sifat permukaan bahan

uji,

bersifat

hidrofobik atau hidrofilik.

Sudut

hidrofobik

l.

la

IE

mencenninkan sifat kedap

air

dari

permukaan

bahan, semakin besar sudut

hidrofobih

maka

semakin baik sifat bahan untuk dapat menahan

air tidak masuk ke dalam bahan isolaror. Berikut

adalah

gambar rangkaian penguiian

sudut kontak.

lriiir*!ffiit

Gambar 3. Rangkaian pengukuran sudut kontak

Langkah pengukuran sudut

kontak

adalah

dengan

menyalakan

lampu

sebagai sumber cahaya tambahan agar

titik

air yang difbto dapat

tampak

jelas.

Meletakkan

bahan

uji

dan

menghidupkan kamera. Bahan

uji

diposisikan sedemikian

rupa

sehingga pada

layar

kamera

tidak

terlihat

permukaan

bahan

uji

bagian

belakang

(bagian depan

dan

belakang dari permukaan bahan uji berimpit).

Setelah permukaan bahan

uji

tampak segaris, bahan

uji

ditetesi dengan air destilasi sebanyak 50

pl

menggunakan assipette

no.l00.

Langkah selanjutnya memfoto bahan

uji

dengan kamera

digital.

Hasil

pengujian

_bisa

langsung dimasukkan

ke

dalam komputer

dan

sudut

I

60

kontak

bisa

segera

dihitung.

Agar

hasil

fotc nantinya

baik,

maka proses pengambilan fcrio bisa diulang beberapa kali dan dipilih hasil foto yang paling baik.

4. IIASIL DANANALISA

Besamya sudut kontak permukaan bahan terhadap tetesan cairan diperoleh berdasarkan hasil pengamatan langsung melalui pemotretan

kamera

digital

yang

dihubungkan

dengan

komputer.

Gambar

4

Profil tetesan air dan pengukuran sudut kontak RTV5 sampel2

Hasil pemotretan ditampilkan dalarn ti*iiti:k

ukur

proyektor berskala,

selanjutnya sudut

kontak

pada

sisi

kiri

dan

kanan sampel

uji

diukur

dengan menggunakan

busur

derajat.

Media Elektrika, Vol. 5 No. L, Juni 2012

soffiiare

Image

Pro Plus

untuk

menentukan sudut.

Contoh

perhitungan hidrofobik:

sudut

kontak

Sudut kontak

kiri :

83,75"

Sudut kontak

kanan

:

83,99" maka,

Sudut

kontak

:

(Sudut kontak kiri+sudut

kontak

kxnn)D

:

(83,75"* 83,99")12:83,87o = 84"

Karena hasil pengukuran sudut kontaknya <

90o, maka dapat disimpulkan bahwa permukaan

bahan

uji

ini

bersifat

partially

wetted (basah sebagian).

Sifat

ini

kurang

baik bagi

suatu isolator, karena dapat menurunkan resistansi

permukaan

bahan

dan

menurunkan

nilai

tegaiganflashover.

Dari

hasil

pengujian,

resin

epoksi. yang

mempunyai kandungan pengisi pasir pantai dan silane dibawah 10% bersifat

partially

wetted

(basah

sebagian),

dan yang

mempunyai kandungan pengisi pasir pantai dan silane diatas

10% bersifat hidrofobik. Pengaruh penambahan

silane seiring

dengan

penambahan pasir

mempengaruhi

kondisi

resin

epoksi,

dapat

meningkatkan

sifat

hidrofobik pada

resin

epoksi.

lssN 1979-7451

Nilai

sudut kontak berkisar antara 60" sampai 9lo, sudut kontak yang paling besar adalah resin epoksi RTV 25

NIY:Room

Temperatur

Yulcanized,

grid

biru: nilai maksimal

Hubungan konsentrasl pasir dan sudut kontak 1C0

90 80

-{,- Sudut Kontak dari variasi sampel

Gambar

5.

Grafik Sudut Kontak Versus

Konsentrasi Sampel

Tabel2. Hasil Pengujian Sudut Kontak

Kode SampeI Sampel Sudut Kontak Kiri (") Sudut Kontak Kan!n= (') Sudut Kontak (") RTV 5 I 65 65 6s 2 84 84 84 1 77 75 76 4 79 79 79 RTV 10 I 88 86,5 87,25 2 90 90 90 J 91 90 90,5 4 88 90 89 RTV 15 I 91,5 9l 91,25 2 90 90 90 3 91 89 90 4 85 87,5 86,25 92 90 9l

2 93 90 91,5 3 89 74 8 1,5 4 90,5 86 88,25 RTV 5 I 65 65 65 2 84 84 84 J 77 75 76 4 79 79 79 5.

KESIMPULAI\

Semakin banyak konsentrasi karet silikon dan

pasir pantai sebagai pengisi

(filler)

pada bahan

akan

meningkatkan

sifat hidrofobik

dengan

ditunjukkan

sudut

kontak yang

semakin membesar. Jika permukaan bersifat hidropobik, maka waktu yang diperlukan untuk terjadinya

discharge pertama

dan

breakdown

pada

pemrukaan bahan semakin lama.

Dengan

adanya penambahan

pasir

pantai

sebagai pengisi, kekuatan

fisik

dari bahan akan semakin kuat dan tidak mudah lentur.

REFERENSI

H. Berahim, K.T. Sirait, F. Soesianto, Tumiran, June 1-5, 2003, A new performance of

RW

Epoxy Resin Insulation material in tropical climate, Proceedings of the 7th International

Conference on Properties and Applications

of

Dielectric Materials, Nagoya .p. 607

X. Wang, L.Chen and N. \'oshimura, Erosion

by acid rain, accelerating the tracking

of

po ly s 11r'r,r, insulat i ng nru t er ial, J.Phys.D :

Appl. Phys. 33 (2000) p. 1117-1 127

pririea

in the UK.

Abdul Syakur, Rochmadi, Tumiran, Hamzah Berahim, Nopember, 7 -10, 201A, An Investigation on Surfcce Tracking on epow resin material , Proceedings

of

l5th Asian

Conference on Eleckical Discharge, Xian

Jiaotong University, China.

Abdul Syakur, Rochmadi, Tumiran, Hamzah Berahim, July 20, 2010, KaralderistikArus Bocor pada Permularun Bahan Resin Epoksi

dengan Silikon sebagai Bahan Pengisi menggunal<nn Metode IEC 60-587,

Proceedings of Conference on Information Technology and Electrical Engineering,

Gadjah Mada University, Indonesia

Abdul Syakur, Rochmadi, Tumiran, Hamzah Berahim, July 20, 2010 , Study on electrical tracking of epoxy resin insulating material

using Inclined-Plane Tracking Method,

Proceedings of Conference on Information Technology and Electrical Engineering,

Gadjah Mada University, Indonesia. Gorur, _{,1999, Outdoor}

Insul*iot.;,

Ita.,,i li.

Gorur, Inc., Phoenix, Ariz,:na tiSiii:.:, t,:1;,i

H.Berahim, 20A5, Methodo

iogy}i;

Al;st r;s t'\rc Performance Of Silane Epc:cy

iicsiit

Insulating Polymer As High Volt,;ge

Insulator Materials

In

Ti:e '{ropit:*i .i: ,-,rti ,

.;{ _{Media Elektrika, Vol. 5 No. 1, Juni 2012}

of Electrical Engineering, Gadjah Mada University, Indonesia.

IEC 60-587:1984, Test Methodfor Evaluating

Resistance to Tracking and Erosion

of

Eleclricol Insulating It laterials used anfur

severe Ambient Conditions, British Standards

Institution.

J.A. Brydson, 1982 p.693-695, Plastic

Maerials,

4th edition, Butterworth Scientific. tssN 1979-7451

h

_t\

\

\\

,t l\ tr

\

_;, -.,-. \:,

l',